การใช้ทองแดงครั้งใหญ่ที่สุดเพียงครั้งเดียวทั่วโลกอยู่ที่การใช้งานทางไฟฟ้า-โดยเฉพาะ การผลิตสายไฟ สายไฟ และส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องสำหรับการส่งและจ่ายพลังงาน ความโดดเด่นนี้เกิดขึ้นจากการผสมผสานที่ไม่มีใครเทียบได้ของทองแดงระหว่างค่าการนำไฟฟ้าสูง (รองจากเงินเท่านั้น) ความเหนียว (ความสามารถในการดึงเข้าไปในสายไฟ-บางพิเศษ) และความคุ้มค่า-ที่สัมพันธ์กัน
รายละเอียดที่สำคัญของกรณีการใช้งานนี้:
สายไฟในครัวเรือนและเชิงพาณิชย์: ลวดทองแดงเป็นมาตรฐานในอาคารพักอาศัย อาคารพาณิชย์ และโรงงานอุตสาหกรรมสำหรับการจ่ายไฟ เครื่องใช้ไฟฟ้า และเครื่องจักร ความต้านทานไฟฟ้าต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานและการสะสมความร้อน ลดความเสี่ยงจากไฟไหม้
กริดไฟฟ้า: สายทองแดงแรงสูง-ส่งกระแสไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าไปยังเมืองต่างๆ ในระยะทางไกล แม้ว่าอลูมิเนียมจะมีเพิ่มขึ้นในบางเส้นเหนือศีรษะ ทองแดงยังคงมีความสำคัญสำหรับสายเคเบิลใต้ดินและส่วนประสิทธิภาพสูง- (ซึ่งความต้านทานต่ำ-ต่อรองไม่ได้)
อิเล็กทรอนิกส์: ทองแดงมีความจำเป็นสำหรับแผงวงจร (เป็นตัวนำไฟฟ้า) ขดลวดมอเตอร์ (ในมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับรถยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า และอุปกรณ์อุตสาหกรรม) และแบตเตอรี่ (เช่น แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนใช้ตัวสะสมกระแสทองแดง)
โดยรวมแล้วการใช้งานด้านไฟฟ้าถือเป็นเรื่อง~60% ของความต้องการทองแดงทั่วโลก-เกินกว่าการใช้งานอื่นๆ เช่น การก่อสร้าง (ท่อ หลังคา) หรือเครื่องจักรอุตสาหกรรม
แม้จะมีความสามารถรอบด้าน แต่ทองแดงก็มีข้อจำกัดที่โดดเด่นซึ่งจำกัดการใช้งานในบางสถานการณ์:
ความต้านทานการกัดกร่อนต่ำในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ทองแดงจะหมองได้ง่ายในสภาวะชื้น เป็นกรด หรือน้ำเค็ม (เกิดเป็น "สีเขียวสด" หรือกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว) ไม่เหมาะสำหรับการใช้งานในทะเล (เช่น ท่อเดินทะเล) หรือการสัมผัสกับสารเคมีรุนแรง (เช่น กรดเข้มข้น) ซึ่งโลหะ เช่น นิกเกิลหรือไทเทเนียมทำงานได้ดีกว่า
ความนุ่มนวลและความแข็งแรงต่ำ
ทองแดงบริสุทธิ์ค่อนข้างอ่อน (ความแข็งของบริเนล ~35 HB อบอ่อน) และมีความต้านทานแรงดึงต่ำ (อบอ่อน ~220 MPa) มันเปลี่ยนรูปได้ง่ายภายใต้ภาระหนักหรือแรงเสียดทาน ทำให้ไม่เหมาะกับการใช้งาน-ส่วนประกอบที่มีความเครียดสูง เช่น เกียร์ แบริ่ง หรือชิ้นส่วนโครงสร้าง-การใช้งานที่ต้องใช้โลหะที่แข็งกว่า (เช่น เหล็ก) หรือโลหะผสมทองแดง (เช่น บรอนซ์)
การขยายตัวทางความร้อนสูง
ทองแดงมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนสูง (~16.5 × 10⁻⁶/ องศา ) ซึ่งหมายความว่าทองแดงจะขยายตัวและหดตัวอย่างมีนัยสำคัญตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการรั่วไหลในระบบประปาหรือความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำหากไม่คำนึงถึง ซึ่งแตกต่างจากโลหะที่มีอัตราการขยายตัวต่ำกว่า (เช่น invar ซึ่งเป็นโลหะผสมนิกเกิล-)
ความไวต่อการเกิดการแตกตัวของไฮโดรเจน
เมื่อได้รับความร้อนในสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจน- (เช่น กระบวนการทางอุตสาหกรรมบางอย่าง) ทองแดงจะดูดซับไฮโดรเจน ซึ่งทำให้โครงสร้างอ่อนแอลงและทำให้เกิดการแตกร้าว (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การแตกตัวของไฮโดรเจน") วิธีนี้จะจำกัดการใช้งานใน-อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจน- การใช้งานที่สัมผัสกับไฮโดรเจน เช่น เครื่องปฏิกรณ์เคมีบางชนิด
ต้นทุนสัมพันธ์และความผันผวนของอุปทาน
แม้ว่าจะมีราคาถูกกว่าโลหะอย่างนิกเกิลหรือไทเทเนียม แต่ทองแดงก็มีราคาแพงกว่าอะลูมิเนียม (ทางเลือกทั่วไปในสายไฟฟ้า) หรือเหล็กกล้า นอกจากนี้ อุปทานทองแดงทั่วโลกกระจุกตัวอยู่ในบางประเทศ (เช่น ชิลี เปรู) ซึ่งนำไปสู่ความผันผวนของราคาเนื่องจากความเสี่ยงทางภูมิรัฐศาสตร์ การหยุดชะงักของการขุด หรือความต้องการที่พุ่งสูงขึ้น
การใช้อย่างแพร่หลายของทองแดงเกิดจากคุณสมบัติอันทรงคุณค่าและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว:
การนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม
ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าสูงที่สุดในบรรดาโลหะทั่วไป (ไม่รวมเงิน) โดยมีระดับการนำไฟฟ้าอยู่ที่ ~58 MS/m (ที่ 20 องศา ) วิธีนี้จะช่วยลดการสูญเสียพลังงานในระบบส่งไฟฟ้า-ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อโครงข่ายไฟฟ้า สายไฟ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งประสิทธิภาพส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนและประสิทธิภาพ
การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม
ค่าการนำความร้อนของทองแดง (~401 W/m·K ที่ 20 องศา ) สูงกว่าโลหะส่วนใหญ่มาก ถ่ายเทความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแผงระบายความร้อน (ในคอมพิวเตอร์/อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) หม้อน้ำ เครื่องครัว และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน-ที่ต้องมีการจัดการความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
ความเหนียวและการขึ้นรูปสูง
ทองแดงมีความเหนียวสูง ซึ่งหมายความว่าสามารถดึงเข้าไปในลวดบางพิเศษ- (บางถึง 0.001 มม.) หรืองอ ประทับตรา หรือม้วนให้เป็นรูปทรงที่ซับซ้อนได้โดยไม่แตกร้าว ความสามารถรอบด้านนี้ทำให้สามารถผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ได้หลากหลาย ตั้งแต่ร่องรอยของแผงวงจรเล็กๆ ไปจนถึงท่อน้ำขนาดใหญ่
ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ
ทองแดงเป็นสารเฉื่อยทางชีวภาพและไม่-เป็นพิษต่อมนุษย์ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ ใช้ในเครื่องมือผ่าตัด อุปกรณ์ฝัง (เช่น สายวัดการเต้นของหัวใจ) และพื้นผิวต้านจุลชีพ (โลหะผสมทองแดงฆ่าเชื้อแบคทีเรีย เช่น E. coli และ MRSA ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการติดเชื้อในโรงพยาบาล)
ความสามารถในการรีไซเคิลสูง
ทองแดงสามารถรีไซเคิลได้ 100% โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติ การรีไซเคิลทองแดงใช้พลังงานเพียงประมาณ 10% ของพลังงานที่จำเป็นในการขุดและกลั่นทองแดงใหม่ ซึ่งช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ความต้องการทองแดงทั่วโลกประมาณ 35% มาจากทองแดงรีไซเคิล ซึ่งสนับสนุนการผลิตที่ยั่งยืน
